Probiotisch aangedreven oplosbare batterij activeert in zure omgevingen en laat geen giftig residu achter

In de “Missie: onmogelijk” Films, Superspy Ethan Hunt-gespeeld door Tom Cruise-haalt orders uit zijn superieuren op verschillende apparaten die in vijf seconden zelfvernietigen. Kan elektronica in het echte leven uiteenvallen in niets? Binghamton University Professor SEOKHEUN “Sean” Choi heeft onderzocht wegwerpbaar “Papertronics” In de afgelopen 20 jaar, maar het moeilijkste deel van het maken van zogenaamde tijdelijke elektronica is de batterij.

“Voorbijgaande elektronica kan worden gebruikt voor biomedische en omgevingstoepassingen, maar ze moeten op een biosafe manier uiteenvallen,” zei Choi, lid van de faculteit aan het Thomas J. Watson College of Engineering en Applied Science’s Department of Electrical and Computer Engineering.

“U wilt geen giftige residuen in uw lichaam hebben. Dat type apparaat wordt bioresorbeerbare elektronica genoemd. Voor tijdelijke of bioresorbeerbare elektronica is de belangrijkste uitdaging de stroombron-maar de meeste stroombronnen, zoals lithium-ionbatterijen, omvatten giftig materiaal.”

Choi en zijn onderzoeksteam van studenten namen lessen uit hun eerdere onderzoek naar biobatteries en brachten die kennis toe op een nieuw idee.

In een papier Gepubliceerd in het tijdschrift Kleinze tonen het potentieel van het gebruik van probiotica – levende micro -organismen die gezondheidsvoordelen bieden wanneer ze worden ingenomen maar anders onschadelijk zijn voor het milieu of de mensen.

Maedeh Mohammadifar, Ph.D., afgestudeerd aan Choi’s Bio -elektronica en Microsystems Lab, ontwikkelde de originele oplosbare microbiële brandstofcel tijdens haar tijd als Binghamton -student.

“We hebben bekende elektriciteitsproducerende bacteriën gebruikt, die binnen bioveiligheid niveau 1 zijn, dus het is veilig-maar we wisten niet zeker wat er zou gebeuren als deze bacteriën in de natuur zouden worden vrijgegeven,” Zei Choi. “Maar wanneer ik presentaties op conferenties had gegeven, zouden mensen vragen: ‘Dus je gebruikt bacteriën? Kunnen we dat veilig gebruiken? ‘”

Huidige Ph.D. Student Maryam Rezaie leidde het laatste onderzoek met behulp van een premade mix van 15 probiotica.

“Het is goed gedocumenteerd dat probiotica veilig en biocompatibel zijn, maar we wisten niet zeker of die probiotica elektriciteitsproducerende mogelijkheden hebben,” Zei Choi. “Er was een vraag, dus daar deed ze veel experimenten over.”

Vroege resultaten bleken niet belovend, voegde hij eraan toe, maar “We hebben niet opgegeven. We hebben een elektrodeoppervlak ontworpen dat mogelijk de voorkeur heeft boven de bacteriën, met behulp van polymeer en sommige nanodeeltjes om het elektrokatalytische gedrag van probiotica hypothetisch te verbeteren en ze een boost te geven.”

De gemodificeerde elektrode was poreus en ruw, die uitstekende omstandigheden bood voor bacteriën om te bevestigen en te groeien, en die het elektrogene vermogen van de micro -organismen verbeterde.

Coating van het oplosbare papier met een lage pH-gevoelig polymeer-wat betekent dat het alleen in een zure omgeving zal werken zoals een vervuild gebied of het menselijk spijsverteringssysteem-verbeterde de spanningsuitgang en de duur die de batterij bediende.

Hoewel ze slechts een kleine hoeveelheid kracht produceerden, beschouwt Choi de experimenten als een proof of concept voor hem en toekomstige studenten om op te bouwen.

“Ander onderzoek moet worden gedaan,” zei hij. “We hebben probiotische melanges gebruikt, maar ik wil individueel bestuderen welke de extra elektrische genen hebben en hoe synergetische interacties de stroomopwekking kunnen verbeteren. Ook hebben we in dit onderzoek een enkele eenheid van een biobattery ontwikkeld. Ik wil in serie of parallel contact met hen opnemen om de stroom te verbeteren.”